На рубеже XIX-XX вв. была построена Павелецкая железная дорога, и на ней примерно в четырёх верстах от деревни была устроена станция Бирюлёво, получившая название от деревни. При ней в 1900 г. образовался посёлок.

Первоначально он насчитывал 11 жилых домов, несколько казарм и большое количество бараков для рабочих, обслуживавших железную дорогу, и членов их семей. Вначале рабочих было около 200 человек. Здесь находились чайная лавка и третьеразрядный трактир некоего Золотова, а также кладбище с часовней (на месте нынешней Бирюлёвской Никольской церкви). Вскоре здесь возникает железнодорожное училище.

В 1926 г. в посёлке Бирюлёво насчитывалось 2 тыс. жителей, 152 домовладения, 300 жилых квартир, в которых в общей сложности проживало 550 семей. 21 мая 1928 г. постановлением Президиума ВЦИК Бирюлёво было отнесено к категории рабочих посёлков.

Начало индустриализации в стране привело к массовому оттоку крестьян в промышленные центры. Не обошли эти процессы стороной и Бирюлёво. При станции было открыто вагонное депо, паровозное ремонтное депо, построен кирпичный завод, заложена хлебная база (элеватор). Всё это привело к быстрому росту численности населения посёлка. К 1939 г. в Бирюлёво проживало уже 12 тыс. жителей. Все эти перемены привели к острой нехватке жилья.

Помимо посёлка железнодорожников рядом со станцией существовал и дачный посёлок. С ростом населения в Бирюлёве дачи стали национализировать и заселять их приезжими. К 1930 г. этот резерв был полностью исчерпан, и для решения жилищного кризиса пришлось начать массовое возведение деревянных бараков (судя по номерам зданий, их было не менее 400). Но даже такого жилья не хватало, и транспортных рабочих стали селить в товарных вагонах- «теплушках», приспосабливая их под семейное жилье. Вновь возникшие «шанхаи» стали именовать поселками ПЧР (поселки чернорабочих). Положение ещё осложнялось и тем, что с 1935 г. из-за начавшейся реконструкции Москвы население ближайших пригородов Москвы стало расти за счёт москвичей, выселявшихся из центра столицы. Выселяемым давали компенсацию, которой хватало лишь на приобретение жилья в пригородах.

1939 год — в посёлке Бирюлёво проживает более 12 тыс. человек. Построена двухэтажная школа № 13.

1940 год — в посёлке построен водопровод длинной 5 км и пешеходный мост через жд дорогу.

Во время Великой Отечественной войны в Бирюлёве стояла вторая зенитная батарея под командованием лейтенанта Сысоева.  На станции Бирюлёво-Товарная разгружали вагоны с боеприпасами, которые шли на батарею. 

После войны посёлок разрастался дальше. По железной дороге ходили уже не паровозы, а электропоезда.

1959 год — развитие посёлка, население увеличивается до 21,5 тыс. человек.

1960 год — территория посёлка входит в состав Москвы.

1971 год — началась массовая жилищная застройка территории посёлка. Начался снос домов, на их месте поднялись современные многоэтажные корпуса. Некоторые старые здания, оставшиеся от посёлка, ещё сохранились. Многие названия улиц посёлка были перенесены на новостроящиеся улицы разных районов юга Москвы. Память о нём зафиксирована в названиях двух районов и улицы Бирюлёвская.

1991 год — территория, на которой находилась станция Бирюлёво, была поделена между районами Бирюлёво-Восточное и Бирюлёво-Западное.